電流シート構造の二次元詳細計測によるプラズマ加熱機構の解明

2021 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 19J22036
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 秋光 萌 東京大学, 工学系研究科, 特別研究員(DC1)
• Project Period (FY): 2019-04-25 – 2022-03-31
• Keywords: 磁気島 / プラズモイド / blob / リコネクション加熱機構 / 磁気再結合 / プラズマ診断 / 高精細二次元計測 / 非定常リコネクション

Outline of Annual Research Achievements

本年度は，球状トカマク実験装置TS-6での電流シート付近の二次元高精細磁場計測を行い電流シートでのBlobやプラズモイドの生成放出の加熱効果を検証した。
合体プラズマ実験において内部コイルのクローバーをかける時間を変更しインフロー速度を変化させた実験を行い、インフロー速度によるプラズモイドの形成の発展を明らかにした。インフローガイド磁場が高い場合インフロー速度が大きいと、インフロー束＞アウトフロー束によるパイルアップによって電流シートの電流密度が上昇し、電流シート層が厚くなり、複数のBlob（電流密度の塊）が形成される。イオンドップラー分光計測によりイオン温度の上昇を同時に計測したところBlob放出速度が速い場合のほうがイオン温度が上昇していた。
コロナの影響で海外渡航や現地実験の遅れのため計画の一部の大型装置での検証を行うことができなかった。
本研究を通して、ブロブはパイルアップ、不均一磁場（電流シートの曲がりによるもの）、不均一インフローなどが原因で生成され、プラズモイドやブロブが放出されるとリコネクション電界上昇がみられリコネクションが高速化される。リコネクション磁場やインフローを変えて実験を行いプラズモイドやブロブの放出の様子（大きさ・放出速度）によりリコネクションのタイムスケールが変わることが分かった。これによりパイルアップしたプラズマの塊が高速に放出されることによりリコネクションが高速化することを示している。プラズモイドによってリコネクションが高速化する場合、イオン温度や電子温度の上昇も見られ、プラズモイドリコネクションによるリコネクション加熱が実証できた。

Research Progress Status

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Development of Glass-Tube-Pair Type Doppler Probe Array for 1D Profile Measurement of Two Component Ion-Flow Vector (2021)
  • Author(s): SOMEYA Ryo、TANAKA Haruaki、FUNATO Yugo、CAI Yunhan、AKIMITSU Moe、TANABE Hiroshi、ONO Yasushi
  • Journal Title: Plasma and Fusion Research Volume: 16 Pages: 1202078～1202078
  • DOI: 10.1585/pfr.16.1202078
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Global ion heating/transport during merging spherical tokamak formation (2021)
  • Author(s): Tanabe H.、Tanaka H.、Cao Q.、Cai Y.、Akimitsu M.、Ahmadi T.、Cheng C.Z.、Inomoto M.、Ono Y.
  • Journal Title: Nuclear Fusion Volume: 61 Pages: 106027～106027
  • DOI: 10.1088/1741-4326/ac217c
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Multiple Plasmoid Formation and Ejection in TS-3U and TS-4U Merging Tokamaks Experiments (2021)
  • Author(s): M. Akimitsu, Q. Cao, Y. Cai, K. Miki, H. Yamaguchi, S. Kamiya, R. Someya, H. Tanaka and Y. Ono
  • Journal Title: Fusion Energy 2020 Volume: EXP/P7-19 Pages: 1-8
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Overview of Merging Spherical Tokamak Experiments and Simulations for Burning, High-Beta and/or Absolute Minimum-B Plasma Formation (2021)
  • Author(s): Y. Ono, M. Inomoto, H. Tanabe, H. Yamaguchi, M. Akimitsu, M. Gryaznevich, S. McNamara, P. Buxton, J. Kompulla, J.Wood, V. Nemytov, K. McClements, C.Z. Cheng, S. Usami and R. Horiuchi
  • Journal Title: Fusion Energy 2020 Volume: IAC/P4-3 Pages: 1-8
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Multiple Plasmoid Formation and Ejection in TS-3U and TS-4U Merging Tokamaks Experiments (2021)
  • Author(s): M. Akimitsu, Y. Ono, Q. Cao, Y. Cai, K. Miki, H. Yamaguchi, S. Kamiya, R. Someya, H. Tanaka
  • Organizer: 28th IAEA Fusion Energy Conference (FEC 2020)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] TS-6トカマク合体実験におけるプラズモイドの生成機構 (2021)
  • Author(s): 秋光 萌，曹 慶紅，蔡 雲漢，三木 景介，山口 遥，神谷 駿，染谷 諒，田中 遥暁，田辺博士，小野 靖
  • Organizer: 第３８回 プラズマ核融合学会 年会
• [Presentation] TS-6合体実験におけるオブレートな磁場反転配位の生成と安定性 (2021)
  • Author(s): 蔡雲漢、田中遥暁、竹下雅人、秋光萌、土井久瑠美、田辺博士、小野靖
  • Organizer: 第38回 プラズマ・核融合学会年会 24P-4F-11
• [Presentation] Application study of magnetic reconnection for high temperature spherical tokamak formation (2021)
  • Author(s): H. Tanabe, H. Tanaka, Y. Cai, M. Akimitsu, T. Ahmadi, R. Someya, M. Gryaznevich, S. McNamara, C. Z.Cheng, M. Inomoto and Y. Ono,
  • Organizer: 63rd Annual Meeting of the APS Division of Plasma Physics, UP11.00019
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] High field application of merging/reconnection plasma startup in the ST40 and TS-6 spherical tokamaks (2021)
  • Author(s): H. Tanabe, M. Gryaznevich, S. Mcnamara, J. Wood, H. Tanaka, M. Akimitsu, Y. Cai, D. Osin, P. Buxton, A. Rengle, O. Asunta, C. Z. Cheng, M. Inomoto and Y. Ono
  • Organizer: 5th Asia-Pacific Conference on Plasma Physics F-I54
  • Int'l Joint Research / Invited